Quels gains d’une modélisation hydrologique adaptée et d’une approche d’ensemble pour la prévision des crues rapides ?

Which are the benefits of an adapted hydrological modeling and an ensemble approach for flash flood forecasting?

• Auteur / Autrice : Daniela Peredo Ramirez
• Direction : Maria Héléna Domingues Ramos, Ludovic Oudin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Hydrologie
• Date : Soutenance le 12/03/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Géosciences, ressources naturelles et environnement (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Milieux environnementaux, transferts et interactions dans les hydrosystèmes et les sols (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Ribstein
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ludovic Oudin, Olivier Caumont, Eric Gaume
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Christophe Bouvier, Hélène Roux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation prédictive

Prévision hydrologique

Modèles hydrologiques

Loing (France ; cours d'eau)

Aude (France ; cours d'eau)

France

Inondations -- Prévision

Mots clés libres

Crues rapides

Pluies intenses

Modèle hydrologique semi-distribué

Prévision d’ensemble

Évaluation évènementielle

Rendement des pluies

Flash floods

Intense rainfall

Semi-distributed hydrological model

Ensemble forecasting

Event-based evaluation

Rainfall yield

Résumé

La prévision de crues joue un rôle fondamental dans l’anticipation et la mise en œuvre de mesures visant à protéger les personnes et les biens. L’objectif de cette thèse est d’examiner notre capacité à améliorer la simulation et la prévision d’événements majeurs de crues soudaines en France. Premièrement, nous examinons les limites de l’approche globale de modélisation hydrologique et la contribution du modèle hydrologique semi-distribué GRSD, à maillage fin et au pas de temps horaire, à la simulation d’évènements majeurs de crue. Nous proposons une modification de la structure de ce modèle afin qu’il soit mieux adapté à reproduire la réponse des bassins versants aux fortes intensités de pluie. Une adaptation de la structure du modèle, basée sur le calcul du rendement de pluies, a abouti à l’introduction d’un nouveau paramètre et à la proposition d’un nouveau modèle (GRSDi) mieux capable de simuler la réponse hydrologique à des pluies intenses qui surviennent en automne. Deuxièmement, nous explorons comment une approche de prévision d’ensemble météorologique, combinée au modèle hydrologique semi-distribué, peut contribuer à mieux prévoir les évènements de crues rapides, l’amplitude et l’instant d’occurrence des débits de pointe, que ce soit sur des bassins jaugés ou non-jaugés. Les résultats ont permis d’identifier, du point de vue hydrologique, les forces et faiblesses des produits proposés. Les travaux menés constituent un pas en avant vers l’utilisation de modèles hydrologiques conceptuels, continus et semi-distribués, dans le cadre de la prévision de crues majeures et rapides en contexte méditerranéen.

Flood forecasting plays a fundamental role in anticipating and implementing measures to protect lives and property. The objective of this thesis is to investigate our ability to improve the simulation and forecasting of major flash flood events in France. First, we analyse the limitations of the lumped hydrological modelling approach, and how the contribution of the semi-distributed hydrological model GRSD, with fine mesh and hourly time step, to improve the simulation of major flood events. We also propose a modification of the structure of the model, in order to make it better suited to reproducing the response of the catchments to high rainfall intensities. An adaptation of the model structure, based on the calculation of the production rate function, resulted in the introduction of a new parameter and the proposal of a new model (GRSDi) capable of better simulating the hydrological response to heavy rains that occur in autumn, after a dry summer period. Second, we explore the ability of a meteorological ensemble prediction approach, combined with the semi-distributed hydrological model, to better predict flash flood events, the amplitude and the time of occurrence of peak flows, whether in gauged or ungauged basins. The results made it possible to identify, from a hydrological point of view, the strengths and weaknesses of the products evaluated. The work carried out constitutes a step forward towards the use of conceptual, continuous and semi-distributed hydrological models for the forecasting of major flood events and flash floods in the Mediterranean context.